NO330574B1

NO330574B1 - Process for the treatment of flue gas with energy recovery

Info

Publication number: NO330574B1
Application number: NO20042398A
Authority: NO
Inventors: Yves Charron
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2004-06-09
Publication date: 2011-05-16
Also published as: JP4505266B2; US20040253165A1; FR2855985A1; EP1486246A2; NO20042398L; EP1486246A3; US7169211B2; JP2005002998A; FR2855985B1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for behandling av røykgass med det formål å gjenvinne den tilgjengelige energien og å fange opp under høyt trykk den C02-mengden som er til stede i røykgassen. Fremgangsmåten anvendes spesielt for røykgasser som slippes ut av gassturbiner og dampkjeler. The present invention relates to a method for treating flue gas with the aim of recovering the available energy and capturing under high pressure the amount of C02 present in the flue gas. The method is used in particular for flue gases emitted from gas turbines and steam boilers.

Røykgassen eller avgassene i utgangen av gassturbiner slippes ut i atmosfæren ved en relativt høy temperatur på ca. 500°C. På dette temperaturnivået er den energien som frigis i atmosfæren sammenlignbar med den mekaniske energien tilført ved hjelp av turbinakslingen. Det er økonomisk fordelaktig å gjenvinne denne energien. The flue gas or exhaust gases at the output of gas turbines are released into the atmosphere at a relatively high temperature of approx. 500°C. At this temperature level, the energy released into the atmosphere is comparable to the mechanical energy supplied by the turbine shaft. It is economically beneficial to recover this energy.

Røykgassen er rik på karbondioksid (CO2). Økologiske hensyn gjør nå at det innføres tiltak for å redusere CCVutslipp. For eksempel pålegger enkelte land en skatt på CCVutslipp. Det er derfor stadig mer fordelaktig, fra et økonomisk og økologisk synspunkt, å skille ut CO2som røykgassen inneholder med det formål å lagre eller behandle samme. The flue gas is rich in carbon dioxide (CO2). Ecological considerations mean that measures are now being introduced to reduce CCV emissions. For example, some countries impose a tax on CCV emissions. It is therefore increasingly advantageous, from an economic and ecological point of view, to separate out the CO2 that the flue gas contains for the purpose of storing or treating the same.

Dokument WO-00/48 709 tilveiebringer en fremgangsmåte for fraskilling og oppsamling av den CC>2-mengden som er til stede i røykgassen. Fremgangsmåten består i avkjøling av røykgassen fra en gassturbin, i komprimering av den avkjølte røykgassen, i fraskilling av CO2fra den avkjølte komprimerte røykgassen og i oppvarming, hvoretter røykgassen utarmet på CO2ekspanderes. Document WO-00/48 709 provides a method for separating and collecting the amount of CC>2 present in the flue gas. The method consists in cooling the flue gas from a gas turbine, in compressing the cooled flue gas, in separating CO2 from the cooled compressed flue gas and in heating, after which the flue gas depleted of CO2 is expanded.

Fremgangsmåten beskrevet i dokument WO-00/48 709 gjør det mulig å redusere det energiforbruket som kreves for å skille ut og samle opp den CO2-mengden som røykgassen inneholder. Denne fremgangsmåten har imidlertid ikke som siktemål å gjenvinne hele den energien som er tilgjengelig i røykgassen ved utgangen av gassturbin. The method described in document WO-00/48 709 makes it possible to reduce the energy consumption required to separate and collect the amount of CO2 that the flue gas contains. However, this method does not aim to recover all the energy that is available in the flue gas at the output of the gas turbine.

Foreliggende oppfinnelse har som siktemål å forbedre fremgangsmåten beskrevet i dokument WO-00/48 709 og spesielt å forbedre gjenvinning av den tilgjengelige energien i røykgassen. The aim of the present invention is to improve the method described in document WO-00/48 709 and in particular to improve recovery of the available energy in the flue gas.

Generelt sagt tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for behandling av røykgass som er ved høy temperatur og lavt trykk for å gjenvinne den tilgjengelige energien og for å fange opp under høyt trykk den C02-mengden som er til stede i røykgassen, hvor følgende trinn gjennomføres: a) komprimering av røykgass som er ved høy temperatur og lavt trykk med det formål å tilveiebringe røykgass ved middels trykk, b) komprimering av røykgassen som er ved middels trykk for å tilveiebringe røykgass som er ved høyt trykk, c) fraskilling av en del av karbondioksidet som befinner seg i nevnte røykgass som er ved høyt trykk for å tilveiebringe røykgass utarmet på karbondioksid Generally speaking, the invention provides a method for treating flue gas which is at high temperature and low pressure to recover the available energy and to capture under high pressure the amount of C02 present in the flue gas, where the following steps are carried out: a) compression of flue gas which is at high temperature and low pressure for the purpose of providing flue gas at medium pressure, b) compression of the flue gas which is at medium pressure to provide flue gas which is at high pressure, c) separation of part of the carbon dioxide which is in said flue gas which is at high pressure to provide flue gas depleted of carbon dioxide

og karbondioksid som er ved høyt trykk, and carbon dioxide which is at high pressure,

d) ekspandering av røykgassen utarmet på karbondioksid, d) expansion of the flue gas depleted of carbon dioxide,

kjennetegnet ved at den omfatter: characterized by the fact that it includes:

e) fordamping av et kjølefluid ved varmeveksling med minst røykgassen som er ved høy temperatur og lavt trykk, røykgassen som er ved middels trykk e) vaporization of a cooling fluid by heat exchange with at least the flue gas that is at high temperature and low pressure, the flue gas that is at medium pressure

og røykgassen som er ved høyt trykk, and the flue gas which is at high pressure,

f) ekspandering av det fordampede fluid under utvinning av mekanisk energi, f) expansion of the vaporized fluid during extraction of mechanical energy,

g) kondensering ved avkjøling av det ekspanderte fluidet, g) condensation upon cooling of the expanded fluid,

h) komprimering av det kondenserte fluidet for å tilveiebringe kjølefluidet i trinn e). h) compressing the condensed fluid to provide the cooling fluid in step e).

I trinn d) gjennomføres følgende trinn: In step d), the following steps are carried out:

i) ekspandering av den CCVutarmede røykgassen for å tilveiebringe ekspandert røykgass, i) expanding the CCV-depleted flue gas to provide expanded flue gas,

ii) oppvarming av den ekspanderte røykgassen for å tilveiebringe oppvarmet ii) heating the expanded flue gas to provide heated

røykgass, og flue gas, and

iii) ekspandering av den oppvarmede røykgassen. iii) expansion of the heated flue gas.

I trinn d) kan den ekspanderte røykgassen varmes opp ved varmeveksling med røykgassen som er ved høyt trykk. In step d), the expanded flue gas can be heated by heat exchange with the flue gas which is at high pressure.

Røykgassen utarmet på karbondioksid kan varmes opp ved varmeveksling med røykgassene som er ved høy temperatur og lavt trykk. The flue gas depleted of carbon dioxide can be heated by heat exchange with the flue gases which are at high temperature and low pressure.

Energien som leveres under ekspansjonen gjennomført i trinn d) kan anvendes for kompresjon i trinn a) og b). The energy delivered during the expansion carried out in step d) can be used for compression in steps a) and b).

Ekspansjonsforholdet i trinn i) kan være lavere enn ekspansjonsforholdet i trinn iii). Kompresjonsforholdet i trinn a) kan være lavere enn kompresjonsforholdet i trinn b). The expansion ratio in step i) may be lower than the expansion ratio in step iii). The compression ratio in step a) may be lower than the compression ratio in step b).

I samsvar med oppfinnelsen kan karbondioksidet under høyt trykk komprimeres og karbondioksidet under høyt trykk kan injiseres inn i et undergrunnsreservoar. For eksempel komprimeres karbondioksidet under anvendelse av den mekaniske energien som tilveiebringes i trinn f). In accordance with the invention, the carbon dioxide under high pressure can be compressed and the carbon dioxide under high pressure can be injected into an underground reservoir. For example, the carbon dioxide is compressed using the mechanical energy provided in step f).

I trinn e) kan kjølefluidet fordampes ved varmeveksling med røykgassen tilveiebrakt etter ekspansjon i trinn d). In step e), the cooling fluid can be evaporated by heat exchange with the flue gas provided after expansion in step d).

Andre trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå ved lesing av beskrivel-sen i det følgende, med henvisning til de medfølgende tegningene, hvor: Other features and advantages of the invention will become apparent when reading the description below, with reference to the accompanying drawings, where:

fig. 1 skjematisk viser fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen, fig. 1 schematically shows the method in accordance with the invention,

- fig. 2 viser skjematisk en variant av fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen. - fig. 2 schematically shows a variant of the method in accordance with the invention.

Med henvisning til fig. 1, så føres luften som sirkulerer i rørledning 1 inn i kompressor CA. Luften tas ut av kompressoren gjennom rørledning 2 under høy-ere trykk og temperatur enn luften i rørledning 1. Luften og et karbonholdig brenn-stoff tilføres hhv. gjennom rørledninger 2 og 3 inn i forbrenningskammer COMB for å gjennomføre en forbrenning og for å produsere forbrenningsgasser. Forbrenningsgassene ved høyt trykk og høy temperatur føres ved hjelp av rørledning 4 inn i gassturbin TG. Ekspansjon av gassene i turbin TG gjør at det kan produse-res mekanisk energi som kan omdannes til elektrisk energi ved hjelp av elektrisk generator GE1. Forbrenningsgassene, også henvist til som eksosgasser eller røykgasser, er ved utgangen av turbin TG ved høy temperatur, ca. 500°C, og lavt trykk, omtrent atmosfærisk trykk. With reference to fig. 1, then the air circulating in pipeline 1 is fed into compressor CA. The air is taken out of the compressor through pipeline 2 under a higher pressure and temperature than the air in pipeline 1. The air and a carbonaceous fuel are supplied respectively. through pipelines 2 and 3 into combustion chamber COMB to carry out a combustion and to produce combustion gases. The combustion gases at high pressure and high temperature are led by means of pipeline 4 into the gas turbine TG. Expansion of the gases in turbine TG means that mechanical energy can be produced which can be converted into electrical energy by means of electrical generator GE1. The combustion gases, also referred to as exhaust gases or flue gases, are at the exit of the turbine TG at a high temperature, approx. 500°C, and low pressure, approximately atmospheric pressure.

Foreliggende oppfinnelse har som formål å fraskille og å fange opp den CC>2-mengden som disse forbrenningsgassene inneholder ved så høyt trykk som mulig under best mulig utvinning som av energiinnholdet i form av varme i forbrenningsgassene ved utgangen av turbin TG. The purpose of the present invention is to separate and capture the amount of CC>2 that these combustion gases contain at as high a pressure as possible during the best possible recovery of the energy content in the form of heat in the combustion gases at the output of the turbine TG.

Forbrenningsgassene fra utgangen av gassturbin TG avkjøles suksessivt i varmevekslere E1, deretter E01, komprimeres ved hjelp av kompressor C1, avkjø-les i varmeveksler E02, komprimeres ved hjelp av kompressor C2, avkjøles deretter i varmevekslere E2 og E03, for å tilveiebringe forbrenningsgasser ved høyt trykk og lav temperatur. The combustion gases from the output of gas turbine TG are successively cooled in heat exchangers E1, then E01, compressed by means of compressor C1, cooled in heat exchanger E02, compressed by means of compressor C2, then cooled in heat exchangers E2 and E03, to provide combustion gases at high pressure and low temperature.

Forbrenningsgassene ved høyt trykk og lav temperatur fra veksler E03 føres gjennom rørledning 5 inn i behandlingsanordning 10 egnet til å skille ut CO2-mengden i forbrenningsgassene. CO2som skilles ut fra forbrenningsgassene føres utfra behandlingsanordning 10 gjennom rørledning 6, f.eks. til en lagrings-sone. Lagringssonen kan være et undergrunnsreservoar, f.eks. en geologisk for-masjon som tilsvarer et utarmet oljereservoar og med tilgang gjennom en brønn. Forbrenningsgassene utarmet på CO2slippes ut gjennom rørledning 7. The combustion gases at high pressure and low temperature from exchanger E03 are led through pipeline 5 into treatment device 10 suitable for separating the amount of CO2 in the combustion gases. CO2 that is separated from the combustion gases is led from treatment device 10 through pipeline 6, e.g. to a storage zone. The storage zone can be an underground reservoir, e.g. a geological formation that corresponds to a depleted oil reservoir and with access through a well. The combustion gases, depleted of CO2, are discharged through pipeline 7.

Behandlingsanordning 10 kan benytte velkjente metoder for utskilling av CO2så som en fremgangsmåte hvor det anvendes et aminløsemiddel. En fremgangsmåte hvor det anvendes et aminløsemiddel fungerer fortrinnsvis i et temperaturområde mellom 0°C og 100°C. Ettersom andelen av CO2i avgassen er lav (i størrelsesorden 1 til 5 %), er det fordelaktig å øke trykket for avgassen for å øke partialtrykket for den C02-mengden som gassen inneholder slik at CO2lettere absorberes av løsemidlet. Treatment device 10 can use well-known methods for separating CO2, such as a method where an amine solvent is used. A method where an amine solvent is used preferably works in a temperature range between 0°C and 100°C. As the proportion of CO2 in the exhaust gas is low (on the order of 1 to 5%), it is advantageous to increase the pressure of the exhaust gas to increase the partial pressure of the amount of C02 that the gas contains so that CO2 is more easily absorbed by the solvent.

Gassene som er utarmet på CO2og som kommer fra behandlingsanordnin-gen gjennom rørledning 7 varmes suksessivt opp i varmeveksler E1, ekspanderes av turbin T2, varmes opp i varmeveksler E2, ekspanderes av turbin T1, og slippes deretter ut i atmosfæren ved hjelp av rørledning 8. The gases which are depleted of CO2 and which come from the treatment device through pipeline 7 are successively heated in heat exchanger E1, expanded by turbine T2, heated in heat exchanger E2, expanded by turbine T1, and then released into the atmosphere using pipeline 8.

I varmeveksler E1 veksler forbrenningsgassene fra turbin TG varme med gassene utarmet på CC>2fra behandlingsanordning 10. In heat exchanger E1, the combustion gases from turbine TG exchange heat with the gases depleted of CC>2 from treatment device 10.

I varmeveksler E2 veksler forbrenningsgassene fra kompressor C2 varme med gassene utarmet på CO2fra turbin T2. In heat exchanger E2, the combustion gases from compressor C2 exchange heat with the CO2-depleted gases from turbine T2.

Fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen har den fordelen at det gjen-nomføres en kompresjon som er så nær en lavtemperatur isoterm kompresjon som mulig ved hjelp av flere kompresjonstrinn (med kompressorer C1 og C2) og ved at det gjennomføres kjøling (i vekslere E1, E01 og E02) av gassen før hvert kompresjonstrinn. Jo større antall kompresjonstrinn som er forut for kjøling, dess nærmere er kompresjonen en lavtemperatur isoterm kompresjon. Kompresjon av gassene i kompressorer C1 og C2 gjennomføres således ved lav temperatur, noe som forbedrer kompresjonseffekten. The method according to the invention has the advantage that a compression is carried out which is as close to a low-temperature isothermal compression as possible by means of several compression stages (with compressors C1 and C2) and by cooling being carried out (in exchangers E1, E01 and E02) of the gas before each compression step. The greater the number of compression steps that precede cooling, the closer the compression is to a low-temperature isothermal compression. Compression of the gases in compressors C1 and C2 is thus carried out at a low temperature, which improves the compression effect.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen har den fordelen at det gjen-nomføres en ekspansjon som er så nær en høytemperatur isoterm ekspansjon som mulig ved hjelp av flere ekspansjonstrinn (med turbiner T1 og T2) og ved at det gjennomføres oppvarming (i vekslere E1 og E2) av gassen før hvert ekspansjonstrinn. Jo større antall ekspansjonstrinn som er forut for oppvarming, dess nærmere er ekspansjonen en høytemperatur isoterm ekspansjon. Ekspansjon av gassene i turbiner T1 og T2 gjennomføres således ved høy temperatur, noe som forbedrer ekspansjonseffekten. The method according to the invention has the advantage that an expansion is carried out that is as close to a high-temperature isothermal expansion as possible by means of several expansion stages (with turbines T1 and T2) and by heating being carried out (in exchangers E1 and E2) of the gas before each expansion step. The greater the number of expansion steps that precede heating, the closer the expansion is to a high-temperature isothermal expansion. Expansion of the gases in turbines T1 and T2 is thus carried out at a high temperature, which improves the expansion effect.

For at kompresjon skal kunne gjennomføres ved lavest mulig temperatur og således dra fordel av den høyeste effekten under kompresjon i kompressorer C1 og C2, avkjøles gassene i vekslere E01 og E02 ved hjelp av en ekstern kuldekilde. Kuldekilden kan bestå av luft eller vann. Kuldekilden for vekslere E01 og E02 kan også bestå av en sekundær kjølekrets som er beskrevet i det følgende. In order for compression to be carried out at the lowest possible temperature and thus benefit from the highest effect during compression in compressors C1 and C2, the gases in exchangers E01 and E02 are cooled using an external cold source. The cooling source can consist of air or water. The cooling source for exchangers E01 and E02 can also consist of a secondary cooling circuit, which is described in the following.

Apparater C1, C2, T1 og T2 kan samvirke slik at den mekaniske energien tilveiebrakt under ekspansjon av gassene i turbiner T1 og T2 anvendes for kompresjon av gassene i kompressorer C1 og C2. For eksempel koples turbin T1 til kompressor C1 ved hjelp av aksling A1 felles for T1 og C1. På samme måte koples turbin T2 til kompressor C2 ved hjelp av aksling A2. Når kompressorer C1 og C2 koples hhv. til turbiner T1 og T2, så er kompresjonsforholdet (utgangstrykk /inngangstrykk) for C1 fortrinnsvis lavere enn kompresjonsforholdet for C2, og ekspansjonsforholdet (utgangstrykk/inngangstrykk) for T2 er fortrinnsvis lavere enn ekspansjonsforholdet for T1. Turbin T2, som leverer mer energi enn turbin T1, er således koplet direkte til kompressor C2, som krever mer energi enn kompressor C1. Devices C1, C2, T1 and T2 can cooperate so that the mechanical energy provided during expansion of the gases in turbines T1 and T2 is used for compression of the gases in compressors C1 and C2. For example, turbine T1 is connected to compressor C1 using shaft A1 common to T1 and C1. In the same way, turbine T2 is connected to compressor C2 by means of shaft A2. When compressors C1 and C2 are connected respectively to turbines T1 and T2, the compression ratio (output pressure/input pressure) for C1 is preferably lower than the compression ratio for C2, and the expansion ratio (output pressure/input pressure) for T2 is preferably lower than the expansion ratio for T1. Turbine T2, which supplies more energy than turbine T1, is thus connected directly to compressor C2, which requires more energy than compressor C1.

Apparater C1, C2, T1 og T2 kan samvirke slik at de utgjør et enkelt apparat. Akslinger A1 og A2 kan monteres som kryssgir på hovedaksling A. Akslinger A1 og A2 kan samvirke med hovedakslingen ved hjelp av girhjul. Fremgangsmåten i samsvar med oppfinnelsen gjennomføres således på fordelaktig måte ved hjelp av et enkelt apparat. Dessuten gjør det ene apparatet som beskrevet i det foregående det mulig å balansere automatisk den samlede kompresjonseffekten som kreves av kompressorer C1 og C2 og den samlede ekspansjonseffekten som tilføres av turbiner T1 og T2. Balansering av effekt gjennomføres uavhengig av effektubalansene på nivået for hver kompressor C1 og C2 og for turbiner T1 og T2 (f.eks. kan kompresjonsforholdet for C1 være lavere enn kompresjonsforholdet for C2, mens ekspansjonsforholdet for T2 er større enn ekspansjonsforholdet for T1). Nærværet av aksling A giret av akslinger A1 og A2 sikrer drift av kompressorer C1 og C2 uten en ekstern energitilførsel. Devices C1, C2, T1 and T2 can work together so that they form a single device. Shafts A1 and A2 can be mounted as a cross gear on main shaft A. Shafts A1 and A2 can cooperate with the main shaft by means of gears. The method according to the invention is thus carried out in an advantageous manner using a single device. Moreover, the one apparatus as described above makes it possible to automatically balance the total compression power required by compressors C1 and C2 and the total expansion power supplied by turbines T1 and T2. Power balancing is carried out independently of the power imbalances at the level of each compressor C1 and C2 and of turbines T1 and T2 (e.g. the compression ratio of C1 may be lower than the compression ratio of C2, while the expansion ratio of T2 is greater than the expansion ratio of T1). The presence of shaft A driven by shafts A1 and A2 ensures operation of compressors C1 and C2 without an external energy supply.

CO2som kommer ut fra behandlingsanordning 10 er i hovedsak ved det CO2 that comes out of treatment device 10 is essentially there

samme trykket som forbrenningsgassene ved utgangen av kompressor C2. Det er fordelaktig å komprimere dette CO2for å minske volumet derav og således hånd-tere CO2lettere og mer effektivt når det transporteres til lagringsstedet. Kompressor C gjør det mulig å komprimere CO2fra behandlingsanordning 10 opp til trykk the same pressure as the combustion gases at the output of compressor C2. It is advantageous to compress this CO2 in order to reduce its volume and thus handle CO2 more easily and more efficiently when it is transported to the storage location. Compressor C makes it possible to compress CO2 from treatment device 10 up to pressure

som kan være høyere enn 5 MPa eller 10 MPa. Kompressor C, egnet til å komprimere CO2i gassform, kan være en pumpe dersom CO2fra behandlingsanordning 10 er i væskeform. which can be higher than 5 MPa or 10 MPa. Compressor C, suitable for compressing CO2 in gaseous form, can be a pump if the CO2 from treatment device 10 is in liquid form.

De tre numeriske eksemplene som er angitt i det følgende illustrerer driftsmodusen av fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig, 1, og viser hvor viktig foreliggende oppfinnelse er. The three numerical examples given below illustrate the operating mode of the method described in connection with Fig, 1, and show how important the present invention is.

I de tre eksemplene benyttes følgende betingelser: In the three examples, the following conditions are used:

forbrenningsgassene tas ut fra gassturbin TG ved omtrent 550°C og ved the combustion gases are taken out from gas turbine TG at approximately 550°C and at

atmosfærisk trykk, atmospheric pressure,

forbrenningsgassene avkjøles til 40°C ved hjelp av vekslere E01 og E02 før the combustion gases are cooled to 40°C using exchangers E01 and E02 before

de kommer inn i kompressorer C1 og C2, they enter compressors C1 and C2,

forbrenningsgassene som er utarmet på CO2varmes opp til 540°C i veksler E1 ved varmeveksling med forbrenningsgassene som kommer utfra gassturbin TG, the combustion gases that have been depleted of CO2 are heated up to 540°C in exchanger E1 by heat exchange with the combustion gases coming out of the gas turbine TG,

den samlede effekten som tilveiebringes av turbiner T1 og T2 overføres i the combined power provided by turbines T1 and T2 is transferred i

sin helhet til kompressorer C1 og C2. its entirety to compressors C1 and C2.

Eksempel 1 Example 1

Verdiene i tabell 1 illustrerer driftsmodus for fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig. 1 ved betingelser som ligger utenfor oppfinnelsens ramme: der er ingen varmeoverføring i veksler E2 mellom eksosgassene ved utgangen av kompressor C2 og gasser som er utarmet på CO2ved utgangen av turbin T2. Kompresjonsforholdene (utgangstrykk/inngangstrykk) for kompressorer C1 og C2 er identiske, ekspansjonsforholdene (utgangstrykk/inngangstrykk) i turbiner T1 og T2 er identiske. The values in table 1 illustrate the operating mode for the method described in connection with fig. 1 under conditions that lie outside the scope of the invention: there is no heat transfer in exchanger E2 between the exhaust gases at the output of compressor C2 and gases depleted of CO2 at the output of turbine T2. The compression ratios (output pressure/input pressure) for compressors C1 and C2 are identical, the expansion ratios (output pressure/input pressure) in turbines T1 and T2 are identical.

Det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 er 25. The cumulative compression ratio of C1 and C2 is 25.

Eksempel 2 Example 2

Verdiene i tabell 2 illustrerer driftsmodusen for fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig. 1 ved betingelser i samsvar med oppfinnelsen. Kompresjonsforholdene for hver kompressor C1 og C2 er identiske. Ekspansjonsforholdet for turbin T1 er høyere enn ekspansjonsforholdet for turbin T2 for å kjøle ned gassene til en lav temperatur ved utgangen av turbin T2 og for å muliggjøre varme veksling i veksler E2 mellom eksosgassene ved utgangen av kompressor C2 og gasser som er utarmet på C02ved utgangen av turbin T2. The values in table 2 illustrate the operating mode for the method described in connection with fig. 1 under conditions in accordance with the invention. The compression ratios for each compressor C1 and C2 are identical. The expansion ratio of turbine T1 is higher than the expansion ratio of turbine T2 in order to cool the gases to a low temperature at the exit of turbine T2 and to enable heat exchange in exchanger E2 between the exhaust gases at the exit of compressor C2 and gases depleted of C02 at the exit of turbine T2.

Det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 er 29,4. The cumulative compression ratio of C1 and C2 is 29.4.

Ubalansen i ekspansjonsforholdet mellom turbin T1 og T2 og varmeover-føringen i veksler E2 har gjort det mulig å forbedre det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 fra 25 ved betingelsene i eksempel 1 til 29,4 ved betingelsene i eksempel 2, uten noe ytterligere energitilførsel. The imbalance in the expansion ratio between turbine T1 and T2 and the heat transfer in exchanger E2 has made it possible to improve the cumulative compression ratio for C1 and C2 from 25 at the conditions in example 1 to 29.4 at the conditions in example 2, without any additional energy input.

Eksempel 3 Example 3

Verdiene i tabell 3 illustrerer driftsmodusen for fremgangsmåten beskrevet i forbindelse med fig. 1 ved betingelser i samsvar med oppfinnelsen. Ekspansjonsforholdet for turbin T1 er høyere enn ekspansjonsforholdet for turbin T2 slik at gassene kjøles ned til en lav temperatur ved utgangen av turbin T2 og for å mulig-gjøre varmeveksling i veksler E2 mellom eksosgassene ved utgangen av kompressor C2 og gasser som er utarmet på CO2ved utgangen av turbin T2. Kompresjonsforholdet for kompressor C1 er lavere enn kompresjonsforholdet for kompressor C2 for å varme opp eksosgassene til en høy temperatur ved utgangen av kompressor C2 og for å øke mengden av varme vekslet i veksler E2. The values in table 3 illustrate the operating mode for the method described in connection with fig. 1 under conditions in accordance with the invention. The expansion ratio for turbine T1 is higher than the expansion ratio for turbine T2 so that the gases are cooled to a low temperature at the output of turbine T2 and to enable heat exchange in exchanger E2 between the exhaust gases at the output of compressor C2 and gases depleted of CO2 at the output of turbine T2. The compression ratio of compressor C1 is lower than the compression ratio of compressor C2 in order to heat the exhaust gases to a high temperature at the outlet of compressor C2 and to increase the amount of heat exchanged in exchanger E2.

Det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 er 33,6. The cumulative compression ratio of C1 and C2 is 33.6.

Ubalansen i kompresjonsforhold mellom kompressor C1 og C2 og varme-overføringen i veksler E2 har gjort det mulig å forbedre det kumulative kompresjonsforholdet for C1 og C2 fra 29,4 ved betingelsene i eksempel 2 til 33,6 ved betingelsene i eksempel 3, uten noen ytterligere energitilføring. The imbalance in compression ratio between compressor C1 and C2 and the heat transfer in exchanger E2 has made it possible to improve the cumulative compression ratio for C1 and C2 from 29.4 at the conditions of Example 2 to 33.6 at the conditions of Example 3, without any further energy supply.

Den sekundære kjølekrets virker med et kjølefluid i lukket krets. Kjølefluidet kan være et hydrokarbon så som propan, isobutan eller isopentan eller et annet kjølefluid som muliggjør endring fra væskefase til gassfase og fra gassfase til væskefase ved betingelsene for anvendelse av den sekundære krets. Den sekundære kretsen kan være basert på driftsmetoden for en Rankine termodynamisk syklus. I motsetning til en konvensjonell kjølesyklus drives et fordampningstrinn ved et høyere trykk enn kondensasjonstrinnet. The secondary cooling circuit works with a cooling fluid in a closed circuit. The cooling fluid can be a hydrocarbon such as propane, isobutane or isopentane or another cooling fluid which enables a change from liquid phase to gas phase and from gas phase to liquid phase under the conditions of use of the secondary circuit. The secondary circuit may be based on the method of operation of a Rankine thermodynamic cycle. In contrast to a conventional refrigeration cycle, an evaporation stage is operated at a higher pressure than the condensation stage.

Kjølefluidet fordampes i vekslere E01, E02 og E03 for å avkjøle forbrenningsgassene som kommer ut av gassturbin TG, likesom forbrenningsgassene fra kompressorer C1 og C2. Videre kan kjølefluidet varmes opp og fordampes ved indirekte varmeveksling med gassene fra turbin T1. Det fordampede kjølefluidet ved utgangen av veksler E03 føres inn ekspansjonsanordning T, f.eks. en turbin. I ekspansjonsanordningen ekspanderes fluidet til et lavt trykk i et område eksempelvis mellom 0,1 MPa og 2 MPa. Fluidet som er ekspandert til lavt trykk avkjøles og kondenseres i varmeveksler E slik at det tilveiebringes flytendegjort fluid. Veksler E kan benytte et omgivelsesfluid så som luft eller vann som den kalde kilden. Det flytendegjorte fluidet komprimeres ved hjelp av pumpe P fra det lave trykk til et høyt trykk som kan være i området mellom 0,5 MPa og 10 MPa. Det flytende fluidet ved høyt trykk fordampes i vekslere E01, E02 og E03 og eventuelt ved indirekte varmeveksling med gassene fra turbin T1. The cooling fluid is evaporated in exchangers E01, E02 and E03 to cool the combustion gases coming out of gas turbine TG, as well as the combustion gases from compressors C1 and C2. Furthermore, the cooling fluid can be heated and evaporated by indirect heat exchange with the gases from turbine T1. The evaporated cooling fluid at the output of exchanger E03 is fed into expansion device T, e.g. a turbine. In the expansion device, the fluid is expanded to a low pressure in a range, for example, between 0.1 MPa and 2 MPa. The fluid which has been expanded to low pressure is cooled and condensed in heat exchanger E so that liquefied fluid is provided. Exchanger E can use an ambient fluid such as air or water as the cold source. The liquefied fluid is compressed by means of pump P from the low pressure to a high pressure which can be in the range between 0.5 MPa and 10 MPa. The liquid fluid at high pressure is evaporated in exchangers E01, E02 and E03 and possibly by indirect heat exchange with the gases from turbine T1.

Energien som er absorbert av fluidet i form av varme på nivået for vekslere E01, E02 og E03 gjenvinnes i form av mekanisk energi ved akslingen for turbin T. Denne mekaniske energien kan omdannes til elektrisk energi ved hjelp av elektrisk generator GE2. Akslingen for turbin T kan koples til akslingen for pumpe P for å tilføre den krevede energien for å pumpe det flytendegjorte fluidet. Kompressor C som komprimerer det CO2som skilles ut i anordning 10 drives med fordel ved hjelp av den mekaniske energien som er tilgjengelig ved akslingen for turbin T i den sekundære kjølekretsen. For eksempel er akslingen for kompressor C koplet til akslingen for turbin T i den sekundære kretsen. The energy absorbed by the fluid in the form of heat at the level of exchangers E01, E02 and E03 is recovered in the form of mechanical energy at the shaft for turbine T. This mechanical energy can be converted into electrical energy by means of electrical generator GE2. The shaft for turbine T can be connected to the shaft for pump P to supply the required energy to pump the liquefied fluid. Compressor C which compresses the CO2 separated in device 10 is advantageously driven by means of the mechanical energy available at the shaft for turbine T in the secondary cooling circuit. For example, the shaft for compressor C is connected to the shaft for turbine T in the secondary circuit.

De tre numeriske eksemplene som er angitt i det følgende illustrerer driftsmodusen for den sekundære kretsen beskrevet i forbindelse med fig. 1 og viser betydningen av foreliggende oppfinnelse. Hydrokarboner ble valgt for å estimere effekten av motorsyklusen. The three numerical examples given below illustrate the mode of operation of the secondary circuit described in connection with FIG. 1 and shows the significance of the present invention. Hydrocarbons were chosen to estimate the effect of the engine cycle.

Beregninger av sykluseffekten ble gjennomført ved hjelp av Mollier-dia-grammer. Temperaturen av varmekildene i vekslere E01, E02 og E03 er for eksempel 200°C, temperaturen for den kalde kilden i kondensator E er 40°C. Calculations of the cycle effect were carried out using Mollier diagrams. The temperature of the heat sources in exchangers E01, E02 and E03 is, for example, 200°C, the temperature of the cold source in condenser E is 40°C.

Eksempel 4 Example 4

Kjølefluidet er propan. Trykket for propanet i kondensator E innstilles på 1,4 MPa a. Tabell 4 viser den teoretiske effekten av motorsyklusen som en funksjon av trykket i fordampere E01, E02 og E03. The cooling fluid is propane. The pressure for the propane in condenser E is set to 1.4 MPa a. Table 4 shows the theoretical effect of the engine cycle as a function of the pressure in evaporators E01, E02 and E03.

Med utgangspunkt i effekten av turbin T er den reelle effekten omtrent 20%. Based on the effect of turbine T, the real effect is approximately 20%.

Eksempel 5 Example 5

Kjølefluidet er isobutan. Trykket for isobutanet i kondensator E innstilles på 0,52 MPa a. Tabell 5 viser den teoretiske effekten av motorsyklusen som en funksjon av trykket i fordampere E01, E02 og E03. The coolant is isobutane. The pressure for the isobutane in condenser E is set to 0.52 MPa a. Table 5 shows the theoretical effect of the engine cycle as a function of the pressure in evaporators E01, E02 and E03.

Eksempel 6 Example 6

Kjølefluidet er isopentan. Trykket for isopentanet i kondensator E innstilles på 0,14 MPa a. Tabell 6 viser den teoretiske effekten for motorsyklusen som en funksjon av trykket i fordampere E01, E02 og E03. The cooling fluid is isopentane. The pressure for the isopentane in condenser E is set to 0.14 MPa a. Table 6 shows the theoretical power for the engine cycle as a function of the pressure in evaporators E01, E02 and E03.

Med utgangspunkt i effekten i turbin T så er den reelle effekten omtrent 18%. Based on the effect in turbine T, the real effect is approximately 18%.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til utførelsen på fig. 1. Det er mulig å vari-ere antall kompressorer og turbiner som virker på eksosgassene. Det er også mulig å modifisere antallet av og posisjonen til varmevekslerne. Fig. 2 viser en andre utførelse av oppfinnelsen. The invention is not limited to the embodiment in fig. 1. It is possible to vary the number of compressors and turbines that act on the exhaust gases. It is also possible to modify the number and position of the heat exchangers. Fig. 2 shows a second embodiment of the invention.

Med henvisning til fig. 2, så omfatter røykgassen fra anlegg 20 (f.eks. en gassturbin eller en dampkjele som produserer røykgass ved en temperatur i området eksempelvis mellom 400°C og 600°C og i hovedsak ved atmosfærisk trykk) særlig nitrogen, oksygen, karbondioksid og vann. With reference to fig. 2, then the flue gas from plant 20 (e.g. a gas turbine or a steam boiler which produces flue gas at a temperature in the range, for example, between 400°C and 600°C and mainly at atmospheric pressure) comprises in particular nitrogen, oxygen, carbon dioxide and water .

Røykgassen avkjøles i varmeveksler E1, deretter i varmeveksler E01 til en lav temperatur i området mellom 0°C og 100°C. Røykgassen ved lav temperatur føres inn i separasjonsbeholder B1. Vannet som er kondensert under kjøling i varmevekslere E1 og E01 slippes ut ved bunnen av beholder B1. The flue gas is cooled in heat exchanger E1, then in heat exchanger E01 to a low temperature in the range between 0°C and 100°C. The flue gas at low temperature is fed into separation container B1. The water that is condensed during cooling in heat exchangers E1 and E01 is discharged at the bottom of container B1.

Røykgassen som slippes ut ved toppen av beholder B1 komprimeres i kompressor C1. Røykgassen under trykk fra kompressor C1 avkjøles i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E02 til en lav temperatur i området mellom 0°C og 100°C. Røykgassen ved lav temperatur føres inn i separasjonsbeholder B2. Vannet som er kondensert under kjøling i varmevekslere E2 og E02 slippes ut ved bunnen av beholder B2. Røykgassen som går ut ved toppen av beholder B2 komprimeres i kompressor C2. Røykgassen under trykk fra kompressor C2 avkjø-les i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E03 til en lav temperatur i området mellom 0°C og 100°C. Røykgassen ved lav temperatur føres inn i separasjonsbeholder B3. Vannet som kondenseres under avkjøling i varmevekslere E2 og E03 slippes ut ved bunnen av beholder B3. Røykgassen som kommer ut ved toppen av beholder B3 komprimeres i kompressor C3. Røykgassen undertrykk fra kompressor C3 avkjøles i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E04 til en lav temperatur i området mellom 0°C og 100°C. The flue gas that is released at the top of container B1 is compressed in compressor C1. The flue gas under pressure from compressor C1 is cooled in heat exchanger E2, then in heat exchanger E02 to a low temperature in the range between 0°C and 100°C. The flue gas at low temperature is fed into separation container B2. The water that is condensed during cooling in heat exchangers E2 and E02 is discharged at the bottom of container B2. The flue gas that exits at the top of container B2 is compressed in compressor C2. The flue gas under pressure from compressor C2 is cooled in heat exchanger E2, then in heat exchanger E03 to a low temperature in the range between 0°C and 100°C. The flue gas at low temperature is fed into separation container B3. The water that condenses during cooling in heat exchangers E2 and E03 is discharged at the bottom of container B3. The flue gas that comes out at the top of container B3 is compressed in compressor C3. The flue gas vacuum from compressor C3 is cooled in heat exchanger E2, then in heat exchanger E04 to a low temperature in the range between 0°C and 100°C.

Røykgassen ved lav temperatur føres inn i anordning 21 tiltenkt oppsamling av C02ved høyt trykk. Den mengden av CO2som skilles ut fra røykgassen, tas ut gjennom rørledning 22, komprimeres ved hjelp av pumpe P og sendes til et lagringssted. Røykgassen som slippes ut gjennom rørledning 23 er utarmet på C02. The flue gas at low temperature is fed into device 21 intended for collecting C02 at high pressure. The amount of CO2 separated from the flue gas is taken out through pipeline 22, compressed by means of pump P and sent to a storage location. The flue gas that is discharged through pipeline 23 is depleted of C02.

Den CC>2-utarmede røykgassen som sirkulerer i rørledning 23 varmes opp i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E1. Røykgassen ved høy temperatur ekspanderes i turbin T3. Under ekspansjon i turbin T3 synker temperaturen for røykgassen. Røykgassen varmes opp i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E1. Røykgassen ved høy temperatur ekspanderes i turbin T2. Under ekspansjon i turbin T2 synker temperaturen for røykgassen. Røykgassen varmes opp i varmeveksler E2, deretter i varmeveksler E1. Deretter ekspanderes røykgassen ved høy temperatur i turbin T1. The CC>2-depleted flue gas circulating in pipeline 23 is heated in heat exchanger E2, then in heat exchanger E1. The flue gas at high temperature is expanded in turbine T3. During expansion in turbine T3, the temperature of the flue gas drops. The flue gas is heated in heat exchanger E2, then in heat exchanger E1. The flue gas at high temperature is expanded in turbine T2. During expansion in turbine T2, the temperature of the flue gas drops. The flue gas is heated in heat exchanger E2, then in heat exchanger E1. The flue gas is then expanded at high temperature in turbine T1.

Røykgassen fra turbin T1 slippes ut i atmosfæren eller resirkuleres til inn-gangen av turbinen i anlegg 20. The flue gas from turbine T1 is released into the atmosphere or recycled to the inlet of the turbine in facility 20.

Røykgassen avkjøles i vekslere E01, E02, E03 og E04 ved hjelp av en ekstern kuldekilde. Kuldekilden kan bestå av luft eller vann. Kuldekilden for vekslere E01, E02, E03 og E04 kan også bestå av en sekundær kjølekrets som beskrevet i forbindelse med fig. 1 (se henvisninger E01, E02, E03, 21, 22, T, P og E på fig. 1). The flue gas is cooled in exchangers E01, E02, E03 and E04 using an external cold source. The cooling source can consist of air or water. The cooling source for exchangers E01, E02, E03 and E04 can also consist of a secondary cooling circuit as described in connection with fig. 1 (see references E01, E02, E03, 21, 22, T, P and E on fig. 1).

Veksler E1 tillater varmeveksling mellom røykgassen som kommer direkte fra anlegg 20 og røykgassen som er utarmet på CO2før de går inn i turbiner T1, T2 og T3. Exchanger E1 allows heat exchange between the flue gas that comes directly from plant 20 and the flue gas that is depleted of CO2 before entering turbines T1, T2 and T3.

Veksler E2 tillater varmeveksling mellom røykgassen som kommer direkte fra kompressorer C1, C2 og C3 og røykgassen som er utarmet på CO2før de går inn i turbiner T1, T2 og T3. Exchanger E2 allows heat exchange between the flue gas coming directly from compressors C1, C2 and C3 and the flue gas depleted of CO2 before entering turbines T1, T2 and T3.

Kompressorer C1, C2 og C3 er koplet til turbiner T1, T2 og T3. Den mekaniske energien som tilveiebringes ved ekspansjon av den CCvutarmede røykgas-sen gjør det således mulig å drive kompressorer C1, C2 og C3. Compressors C1, C2 and C3 are connected to turbines T1, T2 and T3. The mechanical energy provided by expansion of the CCv-depleted flue gas thus makes it possible to drive compressors C1, C2 and C3.

Apparater C1 og T1, hhv. C2 og T2, C3 og T3, kan koples ved hjelp av aksling A1, hhv. A2, A3. Akslinger A1, A2 og A3 kan koples til en enkelt hovedaksling A ved hjelp av gir. Devices C1 and T1, respectively C2 and T2, C3 and T3, can be connected using shaft A1, respectively. A2, A3. Shafts A1, A2 and A3 can be connected to a single main shaft A by means of gears.

Kompressorer C1, C2 og C3 og turbiner T1, T2 og T3 danner således ett enkelt apparat. Den mekaniske energien som tilveiebringes under ekspansjon i turbiner T1, T2 og T3 overføres til kompressorer C1, C2 og C3 uavhengig av ubalansen i kompresjons- eller ekspansjonsforholdet for apparater C1, C2 og C3, og T1, T2 og T3. Compressors C1, C2 and C3 and turbines T1, T2 and T3 thus form a single device. The mechanical energy provided during expansion in turbines T1, T2 and T3 is transferred to compressors C1, C2 and C3 regardless of the imbalance in the compression or expansion ratio of devices C1, C2 and C3, and T1, T2 and T3.

Claims

1. Procedure for treating flue gas which is at high temperature and low pressure to recover the available energy and to capture at high pressure the amount of CO2 present in the flue gas, the following steps being carried out: a) compression of the flue gas which is at high temperature and low pressure for the purpose of providing flue gas at medium pressure, b) compression of the flue gas that is at medium pressure to provide flue gas that is at high pressure, c) separation of part of the carbon dioxide that is in said flue gas that is at high pressure to provide flue gas depleted of carbon dioxide and carbon dioxide that is at high pressure, d) expansion of the flue gas depleted of carbon dioxide, characterized in that it comprises: e) vaporization of a cooling fluid by heat exchange with at least the flue gas that is at high temperature and low pressure, the flue gas which is at medium pressure and the flue gas which is at high pressure, f) expansion of the evaporated fluid during extraction ing of mechanical energy, g) condensation by cooling the expanded fluid, h) compression of the condensed fluid to provide the cooling fluid in step e).

2. Procedure according to claim 1, characterized in that in step d) the following steps are carried out: i) expansion of said C02-depleted flue gas to provide expanded flue gas, ii) heating of said expanded flue gas to provide heated flue gas, and iii) expansion of said heated flue gas.

3. Procedure according to claim 2, characterized in that in step ii) said expanded flue gas is heated by heat exchange with said flue gas which is under high pressure.

4. Method according to any of the preceding claims, characterized in that before step d) said flue gas depleted of carbon dioxide is heated by heat exchange with said flue gas which is at high temperature and low pressure.

5. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the energy supplied during the expansion carried out in step d) is used for compression in steps a) and b).

6. Method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the expansion ratio in step i) is lower than the expansion ratio in step iii).

7. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the compression ratio in step a) is lower than the compression ratio in step b).

8. Method according to any of the preceding claims, characterized in that said carbon dioxide which is at high pressure is compressed and that said carbon dioxide which is at high pressure is injected into an underground reservoir.

9. Procedure according to claim 8, characterized in that said carbon dioxide is compressed using the mechanical energy provided in step f).

10. Method according to any of the preceding claims, characterized in that in step e) the cooling fluid is evaporated by heat exchange with the flue gas which is provided after expansion in step d).